台阶式溢洪道掺气水流数值模拟

发布时间：2023-02-19 10:50

　　台阶式溢洪道的消能效果显著,台阶水流是以其强迫掺气为重要特征的复杂流动,目前大多数已有的数值模拟方法不能够很好地模拟出水流的掺气情况,而FOW 3D数值模拟中卷气模型的出现,从理论上来讲可以对水流的掺气情况进行模拟.本文在前人台阶式溢洪道模型试验结果的基础上,从雷诺平均N-S方程出发,采用有限体积法离散控制方程,选用卷气模型、多相流模型、湍流模型(RNGκ-ε),采用GMRES算法进行压力求解.采用Multi-Block和FAVORTM技术结合的方法进行网格划分,运用FLOW-3D软件对台阶式溢洪道水流进行数值模拟。木文数值模拟的结果与己有的试验结果基本吻合。本文通过对三种不同台阶类型的溢洪道进行数仿模拟,水库上游水位分别为:1Ocm,15cm,20cm,25cm,28cm,相应单宽流量分别为 0.0499m2/s,0.118 m2/s,0.187 m2/s,0.269m2/s,0.319m2/s,得到台阶式溢洪道的初始掺气位置发生点,掺气浓度分布规律,水流流态,水流流速分布规律,台阶内部的水流流态,台阶断面的压力分布规律。研究结果表明:水流经过堰顶到达过渡段,水面有明显的降低现象,进...

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
主要符号表
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 台阶式溢洪道研究现状
        1.2.1 台阶式溢洪道试验研究现状
        1.2.2 台阶式溢洪道数值模拟研究现状
    1.3 掺气水流
        1.3.1 掺气水流的运动规律
        1.3.2 水流掺气过程的工程意义
        1.3.3 掺气减蚀机理
        1.3.4 我国掺气减蚀发展现状
    1.4 研究的主要目的和内容
        1.4.1 研究的目的
        1.4.2 研究的内容
    1.5 本章小结
2 数学模型
    2.1 数值模拟理论
        2.1.1 基本控制方程
        2.1.2 紊流模型
        2.1.3 卷气模型
        2.1.4 多相流模型
    2.2 数值计算方法
        2.2.1 有限体积法(FVM)
        2.2.2 有限差分法(FDM)
        2.2.3 有限单元法（FEM）
        2.2.4 边界单元法（BEM）
    2.3 网格的选择和生成
    2.4 边界条件
    2.5 数值分析流程
    2.6 本章小结
3 台阶式溢洪道数学模型的建立
    3.1 计算模型的建立
    3.2 模型的网格划分
    3.3 边界条件的处理
    3.4 本章小结
4 台阶式溢洪道的水面线和水流流态
    4.1 水流流态的数值模拟结果分析
        4.1.1 不同时刻的水面线
        4.1.2 单个台阶上的水流流态
        4.1.3 不同工况下的自由水面线
    4.2 模拟结果与试验结果的对比
    4.3 本章小结
5 台阶式溢洪道掺气浓度分析
    5.1 初始掺气点位置分析
    5.2 掺气浓度分析
        5.2.1 断面掺气浓度分布
        5.2.2 掺气浓度沿程分布
    5.3 本章小结
6 台阶式溢洪道流速分析
    6.1 台阶式溢洪道流速沿程分布
    6.2 台阶断面流速分析
    6.3 本章小结
7 台阶内的压力分布
    7.1 台阶水平断面的压力分布
    7.2 台阶竖直断面的压力分布
    7.3 本章小结
8 结论与展望
    8.1 结论
    8.2 展望
致谢
参考文献



本文编号：3746080